java高并發系列 - 第7天:volatile與Java內存模型

public class Demo09 {
    public static boolean flag = true;

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("線程" + this.getName() + " in");
            while (flag) {
                ;
            }
            System.out.println("線程" + this.getName() + "停止了");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new T1("t1").start();
        //休眠1秒
        Thread.sleep(1000);
        //將flag置為false
        flag = false;
    }
}

運行上面代碼，會發現程序無法終止。

線程t1的run()方法中有個循環，通過flag來控制循環是否結束，主線程中休眠了1秒，將flag置為false，按說此時線程t1會檢測到flag為false，打印“線程t1停止了”，為何和我們期望的結果不一樣呢？運行上面的代碼我們可以判斷，t1中看到的flag一直為ture，主線程將flag置為false之后，t1線程中沒有看到，所以一直死循環。

那么t1中為什么看不到被主線程修改之后的flag？

要解釋這個，我們需要先了解一下java內存模型（JMM），Java線程之間的通信由Java內存模型（本文簡稱為JMM）控制，JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關系：線程之間的共享變量存儲在主內存（main memory）中，每個線程都有一個私有的本地內存（local memory），本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。本地內存是JMM的一個抽象概念，并不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩沖區，寄存器以及其他的硬件和編譯器優化。Java內存模型的抽象示意圖如下：

從上圖中可以看出，線程A需要和線程B通信，必須要經歷下面2個步驟：

1. 首先，線程A把本地內存A中更新過的共享變量刷新到主內存中去
2. 然后，線程B到主內存中去讀取線程A之前已更新過的共享變量

下面通過示意圖來說明這兩個步驟：

如上圖所示，本地內存A和B有主內存中共享變量x的副本。假設初始時，這三個內存中的x值都為0。線程A在執行時，把更新后的x值（假設值為1）臨時存放在自己的本地內存A中。當線程A和線程B需要通信時，線程A首先會把自己本地內存中修改后的x值刷新到主內存中，此時主內存中的x值變為了1。隨后，線程B到主內存中去讀取線程A更新后的x值，此時線程B的本地內存的x值也變為了1。
從整體來看，這兩個步驟實質上是線程A在向線程B發送消息，而且這個通信過程必須要經過主內存。JMM通過控制主內存與每個線程的本地內存之間的交互，來為java程序員提供內存可見性保證。

對JMM了解之后，我們再看看文章開頭的問題，線程t1中為何看不到被主線程修改為false的flag的值，有兩種可能:

1. 主線程修改了flag之后，未將其刷新到主內存，所以t1看不到
2. 主線程將flag刷新到了主內存，但是t1一直讀取的是自己工作內存中flag的值，沒有去主內存中獲取flag最新的值

對于上面2種情況，有沒有什么辦法可以解決？

是否有這樣的方法：線程中修改了工作內存中的副本之后，立即將其刷新到主內存；工作內存中每次讀取共享變量時，都去主內存中重新讀取，然后拷貝到工作內存。

java幫我們提供了這樣的方法，使用volatile修飾共享變量，就可以達到上面的效果，被volatile修改的變量有以下特點：

1. 線程中讀取的時候，每次讀取都會去主內存中讀取共享變量最新的值，然后將其復制到工作內存
2. 線程中修改了工作內存中變量的副本，修改之后會立即刷新到主內存

我們修改一下開頭的示例代碼：

public volatile static boolean flag = true;

使用volatile修飾flag變量，然后運行一下程序，輸出：

線程t1 in
線程t1停止了

這下程序可以正常停止了。

volatile解決了共享變量在多線程中可見性的問題，可見性是指一個線程對共享變量的修改，對于另一個線程來說是否是可以看到的。

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